CN106125358B - 一种基于电响应的反式调光玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电响应的反式调光玻璃及其制备方法，调光玻璃包括相对设置的两块透光基板，两块透光基板之间封装形成调节区，调节区内填充有液晶混合物，液晶混合物包括液晶单体、光引发剂和负性液晶，所述液晶单体能聚合形成聚合物网络，负性液晶分散于所述聚合物网络中，未施加电压时，负性液晶呈垂直于透光基板的单畴排列，可见光透射；施加电压时，负性液晶呈平行于透光基板的多畴排列，使得光散射增强，使得调光玻璃从光透射状态转为光散射状态。从通电状态转为断电状态，反式调光玻璃依靠所述聚合物网络的恢复作用，带动负性液晶转向，响应速度较传统调光玻璃更快；在调节区内形成聚合物网络会使得调光玻璃的透射率更低。

Description

一种基于电响应的反式调光玻璃及其制备方法

技术领域

本发明建筑家居生活材料领域，尤其涉及一种基于电响应的反式调光玻璃及其制备方法。

背景技术

以往使用彩色玻璃或彩色胶片制成的彩色调光玻璃在通电后其透光率大大地降低，玻璃呈现出很浓的色彩，影响了调光玻璃的使用效果和美观。

为了实现阳光在彩色玻璃上透射和反射的目的，一般会在玻璃窗上镀膜，使光线中某段波长的光可以被玻璃窗反射或透射。而根据不同的反光和透光需求，可以采用不同材质的膜。

现有的车窗玻璃在玻璃表面有镀膜层，该镀膜层对可见光具有高度阻断的效果，因而对车内有较好的隐蔽效果。但该镀膜玻璃同时在车内的人员对车外的可视性能有着较大影响，而且该镀膜玻璃一旦在结构形成之后，其光学性能就不随环境变化或个人喜好进行可逆的明暗调节，难以满足民众随时改变车内明暗环境的需求。同理，现有的窗户采用的镀膜玻璃在成型后可满足对可见光中某段波长的光进行反射的前提下，一旦镀膜玻璃成型，无法实现明暗调节。

针对镀膜玻璃的局限性，已经出现了一种新型调光技术，调光玻璃，目前已有一些研究成果，调光玻璃一定程度上可代替窗帘的作用，解决镀膜玻璃局限性，在车窗玻璃，家居玻璃窗等方面有着良好的应用前景。其中一种基于电响应的调光玻璃，通过通电和断电来调节液晶转向，继而调节光线的透射、散射或反射，但是目前基于电响应的调光玻璃断电后，都是依托配向层的作用使得液晶分子旋转恢复原始状态，存在响应速度慢，需要较长时间才能恢复初始状态的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种响应更快的基于电响应的反式调光玻璃及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于电响应的反式调光玻璃，包括相对设置的两块透光基板，所述两块透光基板之间封装形成调节区，所述调节区内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括可光聚合的液晶单体、光引发剂和负性液晶，在紫外光和光引发剂作用下，所述液晶单体聚合形成聚合物网络，所述负性液晶分散于所述聚合物网络中，未在所述透光基板之间施加电压时，所述负性液晶呈垂直于所述透光基板的单畴排列，在所述透光基板之间施加电压时，由于所述聚合物网络的不规则分布，使得所述负性液晶呈平行于所述透光基板的多畴排列。

在一些具体的实施方式中，两块所述透光基板相对的表面上涂覆有垂直配向层。

在一些具体的实施方式中，所述液晶混合物中还包括二色性染料分子，所述二色性染料分子分散于所述聚合物网络中。

在进一步优选的实施方式中，所述二色性染料分子在平行于所述透光基板的方向上和垂直于所述透光基板的方向上的尺寸不相等。

在一些具体的实施方式中，所述液晶混合物包括1.5-5质量份的液晶单体、0.06-0.18质量份的二色性染料分子、0.25-0.75质量份的光引发剂和70-100质量份的负性液晶。

在一些具体的实施方式中，所述反式调光玻璃还包括电源组件，两块所述透光基板分别与所述电源组件的两极电性连接。

在进一步优选的实施方式中，两块所述透光基板均包括基板和设于基板表面的透明电极，两个所述透明电极分别与所述电源组件的两极电性连接。

在一些具体的实施方式中，两块所述透光基板之间设有封装胶框，所述封装胶框将所述两块透光基板之间封装形成调节区，所述封装胶框中设有用于控制所述两块透光基板间距的间隙子。

本发明还提供了一种如上所述的基于电响应的反式调光玻璃的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备两块透光基板，分别在两块所述透光基板的一个表面上涂覆垂直配向层；

S2：将两块所述透光基板涂覆有垂直配向层的表面相对设置，制备成液晶盒；

S3：取可光聚合的液晶单体、光引发剂和负性液晶，混合，将其注入所述液晶盒；

S4：将液晶盒密封；

S5：紫外光照射所述液晶盒；

S6：将两块所述透光基板分别与所述电源组件的两极电性连接。

在一些具体的实施方式中，所述S3为取液晶单体、二色性染料、光引发剂和负性液晶，混合，将其注入所述液晶盒。

本发明的有益效果是：

针对目前基于电响应的调光玻璃响应速度慢的问题，本发明提供了一种基于电响应的反式调光玻璃，包括相对设置的两块透光基板，所述两块透光基板之间封装形成调节区，所述调节区内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括可光聚合的液晶单体、光引发剂和负性液晶，在紫外光和光引发剂作用下，所述液晶单体聚合形成聚合物网络，所述负性液晶分散于所述聚合物网络中，未在所述透光基板之间施加电压时，所述负性液晶呈垂直于所述透光基板的单畴排列，可见光从所述液晶混合物中透射；在所述透光基板之间施加电压时，所述负性液晶向平行于所述透光基板的方向转向，由于所述聚合物网络的不规则分布，使得所述负性液晶呈平行于所述透光基板的多畴排列，使得光散射增强，使得调光玻璃从光透射状态转为光散射状态。从通电状态转为断电状态，传统的调光玻璃是依靠配向层的作用使得液晶分子旋转恢复初始状态，响应速度慢，而本发明中主要是依靠所述聚合物网络的恢复作用，带动负性液晶转向，响应速度较传统调光玻璃更快；此外，在调节区内形成聚合物网络会使得施加电压时，调光玻璃的光散射更强，透射率更低。

附图说明

图1为反式调光玻璃的俯视结构图；

图2为未施加电压时反式调光玻璃的截面图；

图3为施加电压时反式调光玻璃的截面图；

图4为施加电压时反式调光玻璃的俯视图；

图5为未施加电压时反式调光玻璃的实物图；

图6为施加电压时反式调光玻璃的实物图；

图7为实施例1的反式调光玻璃在未施加电压和施加20V、30V时的透射光谱；

图8为实施例1的反式调光玻璃的响应时间图；

图9为对比例1的反式调光玻璃在未施加电压和施加电压时的透射光谱。

具体实施方式

参照图1，图1为反式调光玻璃的俯视结构图，本发明提供了一种基于电响应的反式调光玻璃，包括相对设置的两块透光基板和电源组件1，两块所述透光基板分别与所述电源组件1的两极电性连接。两块所述透光基板均包括基板2和设于基板2表面的透明电极3，两个所述透明电极3分别与所述电源组件1的两极电性连接。两块所述透光基板相对的表面上涂覆有垂直配向层8。两块所述透光基板之间设有封装胶框4，所述封装胶框4将所述两块透光基板之间封装形成调节区。在优选的实施方式中，所述封装胶框4中设有用于控制所述两块透光基板间距的间隙子，所述封装胶框4可以是在UV固化胶中混入间隙子，再通过固化形成。

参照图2，图2为未施加电压时反式调光玻璃的截面图，所述调节区内填充有液晶混合物5，所述液晶混合物5包括可光聚合的液晶单体、光引发剂和负性液晶6，在紫外光和光引发剂作用下，所述液晶单体聚合形成聚合物网络7，所述负性液晶6分散于所述聚合物网络7中。未在所述透光基板之间施加电压时，所述负性液晶6在垂直配向层8的作用下，呈垂直于所述透光基板的单畴排列，可见光从所述液晶混合物中透射，调光玻璃呈透明态。

参照图3和图4，图3为施加电压时反式调光玻璃的截面图，图4为施加电压时反式调光玻璃的俯视图，负性液晶6的分子长轴方向的介电常数小于分子短轴方向的介电常数，在电场中会垂直电场方向排列。在所述透光基板之间施加电压时，所述负性液晶6会向垂直于电场方向转向，由于所述聚合物网络7的不规则分布，使得所述负性液晶6转向后呈平行于所述透光基板的多畴排列，使得光散射增强，使得调光玻璃从光透射状态转为光散射状态，调光玻璃呈不透明态，即模糊态。当撤除施加在所述透光基板上的电压时，而本发明中主要是依靠所述聚合物网络7和垂直配向层8共同的恢复作用，带动所述负性液晶6恢复垂直于所述透光基板的初始状态，响应时间很快，约为100-200ms。传统的调光玻璃是依靠垂直配向层的作用使得液晶分子旋转恢复垂直于所述透光基板的初始状态，响应时间通常大于1s。本发明所述反式调光玻璃的响应时间较传统的调光玻璃响应速度要至少快8倍。

在进一步优选的实施方式中，所述液晶混合物中还包括二色性染料分子9，所述二色性染料分子9分散于所述聚合物网络7中。所述液晶混合物包括1.5-5质量份的液晶单体、0.06-0.18质量份的二色性染料分子9、0.25-0.75质量份的光引发剂和70-100质量份的负性液晶6。所述二色性染料分子9在平行于所述透光基板的方向上和垂直于所述透光基板的方向上的尺寸不相等，在施加电压时，会随着所述负性液晶6向平行于所述透光基板的方向旋转，调光玻璃由透明态转为彩色不透明状态，撤除电压时，所述二色性染料分子9会在所述聚合物网络7的作用下恢复成未施加电压时的状态，所述二色性染料分子9不需要是长分子状，仅需要平行于所述透光基板的方向上和垂直于所述透光基板的方向上的尺寸不相等即可，在所述聚合物网络7的带动下既可以恢复状态。普通的染料分子用于调光玻璃，不通电时透光率大大降低，玻璃呈现出很浓的色彩，影响了调光玻璃的使用效果和美观，而二色性染料对平行偏振光和垂直偏振光有不同的消光系数，在不通电的情况下，其透光率依然很高，加电后可以改变调光玻璃的颜色。

实施例1：

制备两块透光基板，分别在两块所述透光基板的一个表面上涂覆垂直配向层；将两块所述透光基板涂覆有配向层的表面相对设置，制备成液晶盒；取3质量份的可光聚合的液晶单体、0.12质量份的二色性染料分子、0.5质量份的光引发剂和96.38质量份的负性液晶，混合，得到液晶混合物，在黄光下，将液晶混合物加热到60℃，使液晶转变为各向同性的液态，然后在该温度下将混合液晶注入液晶盒，填充完成后，然后保温30min使液晶分子取向；将液晶盒密封；将填充后的液晶盒，放在200W功率的紫外光下固化5min，使得液晶分子之间键合形成液晶聚合物网络；将两块所述透光基板分别与所述电源组件的两极电性连接，电源组件可以包括一个直流电源，电压调节装置集成在直流电源中，使得电源的电压可控，在直流电源和所述透光基板之间串联一电源开关，得到一反式调光玻璃。得到的反式调光玻璃在电源开关打开时，即两块所述透光基板之间未施加电压时，实物图如图5，闭合电源开关，即在两块所述透光基板之间施加电压时，实物图如图6，从图5和图6中可以看到，在未施加电压时，光透射，调光玻璃呈透明状态，可以清晰看到调光玻璃下纸张上的文字，在施加电压时，光散射，调光玻璃呈彩色不透明状态，无法看到调光玻璃下纸张上的文字。

分别分析得到的反式调光玻璃在未施加电压时和施加20V、30V电压时的透射光谱，得到结果如图7。从图7中可以看到，未在所述透光基板上施加电压时，反式调光玻璃的可见光透射率为95-98%，在所述透光基板上施加20V电压时，反式调光玻璃的可见光透射率为25-30%，在所述透光基板上施加30V电压时，反式调光玻璃的可见光透射率为5-12%。本发明所述的反式调光玻璃的可见光透射率可以通过调节施加的电压大小调节，可以按照个人的喜好进行微调，能够满足用户个性化需求。

对制备得到的反式调光玻璃的响应时间进行分析，得到响应时间图如图8，从图8中可以看到，未施加电压时，调光玻璃为透明态，透射率为98%，在调光玻璃的两块透光基板上施加一个20V电压，在500ms后，调光玻璃转为不透明态，透射率降为27%，撤去施加在所述透光基板上的电压后，在125ms后，调光玻璃转为透明态，透射率升为97%，撤去电压后，调光玻璃恢复透明态的响应时间仅为125ms。

实施例2：

制备两块透光基板，分别在两块所述透光基板的一个表面上涂覆垂直配向层；将两块所述透光基板涂覆有配向层的表面相对设置，制备成液晶盒；取1.5质量份的可光聚合的液晶单体、0.06质量份的二色性染料分子、0.25质量份的光引发剂和70质量份的负性液晶，混合，得到液晶混合物，在黄光下，将液晶混合物加热到60℃，使液晶转变为各向同性的液态，然后在该温度下将混合液晶注入液晶盒，填充完成后，然后保温30min使液晶分子取向；将液晶盒密封；将填充后的液晶盒，放在200W功率的紫外光下固化5min，使得液晶分子之间键合形成液晶聚合物网络；将两块所述透光基板分别与所述电源组件的两极电性连接，电源组件可以包括一个直流电源，电压调节装置集成在直流电源中，使得电源的电压可控，在直流电源和所述透光基板之间串联一电源开关，得到一反式调光玻璃。

实施例3：

制备两块透光基板，分别在两块所述透光基板的一个表面上涂覆垂直配向层；将两块所述透光基板涂覆有配向层的表面相对设置，制备成液晶盒；取5质量份的可光聚合的液晶单体、0.18质量份的二色性染料分子、0.75质量份的光引发剂和100质量份的负性液晶，混合，得到液晶混合物，在黄光下，将液晶混合物加热到60℃，使液晶转变为各向同性的液态，然后在该温度下将混合液晶注入液晶盒，填充完成后，然后保温30min使液晶分子取向；将液晶盒密封；将填充后的液晶盒，放在200W功率的紫外光下固化5min，使得液晶分子之间键合形成液晶聚合物网络；将两块所述透光基板分别与所述电源组件的两极电性连接，电源组件可以包括一个直流电源，电压调节装置集成在直流电源中，使得电源的电压可控，在直流电源和所述透光基板之间串联一电源开关，得到一反式调光玻璃。

对比例1：

制备两块透光基板，分别在两块所述透光基板的一个表面上涂覆垂直配向层；将两块所述透光基板涂覆有配向层的表面相对设置，制备成液晶盒；取0.12质量份的二色性染料分子、0.5质量份的光引发剂和96.38质量份的负性液晶，混合，得到液晶混合物，在黄光下，将液晶混合物加热到60℃，使液晶转变为各向同性的液态，然后在该温度下将混合液晶注入液晶盒，填充完成后，然后保温30min使液晶分子取向；将液晶盒密封；将两块所述透光基板分别与所述电源组件的两极电性连接，电源组件可以包括一个直流电源，电压调节装置集成在直流电源中，使得电源的电压可控，在直流电源和所述透光基板之间串联一电源开关。

分别分析得到的反式调光玻璃在未施加电压时和施加20V电压时的透射光谱，得到结果如图9。从图9中可以看到，未在所述透光基板上施加电压时，反式调光玻璃的可见光透射率为95-100%，在所述透光基板上施加20V电压时，反式调光玻璃的可见光透射率为85-92%。撤去施加在所述透光基板上的电压，恢复透明状态的响应时间大于1s。通过对比例1和实施例1制备得到的反式调光玻璃的对比，可以发现在施加相等电压的情况下，实施例1所述的反式调光玻璃由于在调节区中添加了可以光聚合的所述液晶单体，在紫外光下，形成了聚合物网络，虽然液晶混合物中聚合物网络的浓度只有3%，相较于没有形成聚合物网络的反式调光玻璃，其可见光透射率降低了60%以上，能够更好地满足用户的遮光需求，而且撤去电压后，含有聚合物网络的调光玻璃恢复透明的响应时间远小于不含有聚合物网络的调光玻璃。

Claims (10)

1.一种基于电响应的反式调光玻璃，包括相对设置的两块透光基板，所述两块透光基板之间封装形成调节区，其特征在于，所述调节区内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括可光聚合的液晶单体、光引发剂和负性液晶，在紫外光和光引发剂作用下，所述液晶单体聚合形成聚合物网络，所述负性液晶分散于所述聚合物网络中，未在所述透光基板之间施加电压时，所述负性液晶呈垂直于所述透光基板的单畴排列，在所述透光基板之间施加电压时，由于所述聚合物网络的不规则分布，使得所述负性液晶呈平行于所述透光基板的多畴排列。

2.根据权利要求1所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，两块所述透光基板相对的表面上涂覆有垂直配向层。

3.根据权利要求1所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，所述液晶混合物中还包括二色性染料分子，所述二色性染料分子分散于所述聚合物网络中。

4.根据权利要求3所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，所述二色性染料分子在平行于所述透光基板的方向上和垂直于所述透光基板的方向上的尺寸不相等。

5.根据权利要求1所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，所述液晶混合物包括1.5-5质量份的液晶单体、0.06-0.18质量份的二色性染料分子、0.25-0.75质量份的光引发剂和70-100质量份的负性液晶。

6.根据权利要求1所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，所述反式调光玻璃还包括电源组件，两块所述透光基板分别与所述电源组件的两极电性连接。

7.根据权利要求6所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，两块所述透光基板均包括基板和设于基板表面的透明电极，两个所述透明电极分别与所述电源组件的两极电性连接。

8.根据权利要求1所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，两块所述透光基板之间设有封装胶框，所述封装胶框将所述两块透光基板之间封装形成调节区，所述封装胶框中设有用于控制所述两块透光基板间距的间隙子。

9.一种权利要求1-8任一项所述的基于电响应的反式调光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制备两块透光基板，分别在两块所述透光基板的一个表面上涂覆垂直配向层；

S2：将两块所述透光基板涂覆有垂直配向层的表面相对设置，制备成液晶盒；

S3：取可光聚合的液晶单体、光引发剂和负性液晶，混合，将其注入所述液晶盒；

S4：将液晶盒密封；

S5：紫外光照射所述液晶盒；

S6：将两块所述透光基板分别与电源组件的两极电性连接。

10.根据权利要求9所述的基于电响应的反式调光玻璃的制备方法，其特征在于，所述S3为取液晶单体、二色性染料分子、光引发剂和负性液晶，混合，将其注入所述液晶盒。